地基GPS近实时高精度层析水汽空间分布研究及应用

随着国内众多CORS综合服务网和陆态网络的迅速开展，基于GPS监测网络近实时层析水汽空间分布成为当前气象领域的研究热点和难点之一。由于目前全球拥有相对稠密的GNSS监测站，以及未来的上百颗GNSS卫星，且地基GPS层析技术可以获得连续的、近实时、精确的水汽空间分布信息，因此研究GPS层析水汽对大气探测具有非常重要的意义。地基GPS层析水汽分布不仅可精化对流层改正模型，且可近实时连续获取空间水汽场的变化规律，从而丰富我国气象领域的水汽立体观测体系。针对当前地基GPS准实时遥感水汽空间分布理论及业务运行存在的不足，本课题将主要研究基于非差精密单点定位和自适应Kalman滤波理论高精度准实时层析水汽空间分布理论中的一些关键技术问题，并以湖北省气象局GPS水汽监测网为试验平台，搭建一套可用于业务运行的准实时地基GPS层析水汽空间分布示范系统，进而为推动国内其快速走向业务运行提供参考。

水汽在全球气候系统、天气动力系统、气候灾害监测、水文学及空间大地测量等领域占有极其重要的地位，然而目前常规水汽探测手段的不足严重制约着相关学科的发展。因此，如何快速深入了解水汽分布情况和掌握水汽变化趋势是当代地球大气探测系统中亟需解决的难点问题之一。地基GPS层析水汽分布不仅可精化对流层改正模型，且可近实时连续获取空间水汽场的变化规律，从而完善我国气象领域的水汽立体观测体系。针对当前地基GPS准实时遥感水汽空间分布理论及业务运行存在的不足，本课题主要基于非差精密单点定位和自适应Kalman滤波理论高精度准实时层析水汽空间分布理论中的一些关键技术问题开展了深入研究工作，并以湖北省气象局GPS水汽监测网为试验平台，搭建了一套可用于业务运行的准实时地基GPS层析水汽空间分布示范系统，进而为推动GNSS气象走向业务运行提供参考。主要研究成果如下：.1、进一步改善了地基GPS遥感天气水汽PWV方法，结合实测探空数据对GPS-PWV进行了验证；.2、对最新全球对流层模型进行了深入剖析及对比分析，为建立局部及全球对流层模型提供重要参考；.3、对双差和非差两种获取对流层可降水量的模式进行对比分析，探讨了利用精密单点定位模式进行水汽空间分布反演的方法，并用其分析了降水过程中的可降水量变化规律；.4、对地基GPS层析水汽空间分布的常用算法进行了分析探讨，采用基于抗差方差分量估计的Kalman滤波方法解决了附加约束条件层析算法中的定权问题，并利用香港地区地基GPS监测网的数据验证了该算法的有效性；.5、搭建满足气象业务运行的实时地基GPS遥感水汽数据处理系统，以实时获取地基GPS监测区域PWV、SWV和水汽空间分布信息。